RU21317U1

RU21317U1 - TWO-STAGE DC INVERTER

Info

Publication number: RU21317U1
Application number: RU2001116912/20U
Authority: RU
Inventors: А.В. Назаров; А.С. Кочетов
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2002-01-10

Abstract

Двухтактный инвертор постоянного тока, содержащий источник постоянного тока, повышающий трансформатор с двумя дополнительными обмотками, первый и второй коммутирующие элементы, входы которых подключены к одной клемме источника постоянного тока, другая клемма которого подключена к среднему отводу витков первичной обмотки, начальный отвод которой соединен с выходом размыкающего контакта первого коммутирующего элемента, конечный отвод витков первичной обмотки подключен к выходу замыкающего контакта второго коммутирующего элемента, отличающийся тем, что содержит два элемента И, два последовательно включенных между собой диода, первый коммутирующий элемент выполнен с замыкающим контактом, второй коммутирующий элемент выполнен с размыкающим контактом, средняя точка соединения диодов подключена к вторичной обмотке, а крайние выводы диодов подключены к одним входам соответствующих элементов И, другие входы которых подключены к выходам соответствующих дополнительных обмоток, выходы элементов И соединены с управляющими входами соответствующих коммутирующих элементов, замыкающий контакт первого коммутирующего элемента подключен к выходу размыкающего контакта второго коммутирующего элемента, размыкающий контакт которого соединен с выходом замыкающего контакта первого коммутирующего элемента.A push-pull DC inverter containing a direct current source, step-up transformer with two additional windings, the first and second switching elements, the inputs of which are connected to one terminal of the direct current source, the other terminal of which is connected to the middle tap of the turns of the primary winding, the initial tap of which is connected to the output opening contact of the first switching element, the final tap of the turns of the primary winding is connected to the output of the closing contact of the second switching element, about characterized by the fact that it contains two AND elements, two diodes connected in series with each other, the first switching element is made with a make contact, the second switching element is made with a make contact, the middle point of the diode connection is connected to the secondary winding, and the extreme terminals of the diodes are connected to one of the inputs of the corresponding And elements, the other inputs of which are connected to the outputs of the corresponding additional windings, the outputs of the And elements are connected to the control inputs of the corresponding switching elements c, the make contact of the first switching element is connected to the output of the opening contact of the second switching element, the opening contact of which is connected to the output of the making contact of the first switching element.

Description

Двужтактный инвертор постоянного токаPush-pull inverter DC

Полезная модель относится к области электропреобразовательной техники и может быть использована в автомобильных преобразователях постоянного тока низкого напряжения в постоянный ток высокого напряжения.The utility model relates to the field of electrical conversion technology and can be used in automotive converters of direct current low voltage to direct current high voltage.

Известен инвертор постоянного тока, содержащий управляемый электронный ключ, включенный в электрическую цепь нагрузки источника постоянного тока 1. При подаче запускающих импульсов на управляющий вход ключа прерывается электрический ток в нагрузке источника электрической энергии. Недостаток известного инвертора состоит в том, что д.пя его работы необходим генератор запускающих управляющих импульсов, который усложняет конструкцию инвертора.Known DC inverter containing a controlled electronic key included in the electrical circuit of the load of the DC source 1. When applying triggering pulses to the control input of the key, the electric current in the load of the source of electrical energy is interrupted. A disadvantage of the known inverter is that for its operation, a generator of triggering control pulses is required, which complicates the design of the inverter.

Наиболее близким известным техническим решением в качестве прототипа является двухтактный инвертор постоянного тока, содержащий источник постоянного тока, повыщающий трансформатор с двумя дополнительными обмотками, первый и второй коммутирующие элементы, входы которых подключены к одной клемме источника постоянного тока, другая клемма которого подключена к среднему отводу витков первичной обмотки, начальный отвод которой соединен с выходом размыкающего контакта первого коммутирующего элемента, конечный отвод витков первичной обмотки подключен к выходу замыкающего контакта второго коммутирующего элемента, а управляющие входы коммутирующих элементов подключены к выводам соответствующих дополнительных обмоток повышающего трансформатора 2. С помощью дополнительных обмоток формируется положительная обратная связь двухтактного инвертора, за счет которой поочередно включаются коммутирующие элементы, которые в свою очередь своими контактами изменяют направление протекания тока в первичной обмотке повышающего трансформатора. При этом во вторичной обмотке повышающего трансформатора формируется высокое напряжение переменного тока, которое преобразуется в искомое напряжеМПК Н 02 М 3/00 The closest known technical solution as a prototype is a push-pull DC inverter containing a direct current source, a step-up transformer with two additional windings, the first and second switching elements, the inputs of which are connected to one terminal of the DC source, the other terminal of which is connected to the middle tap of the turns primary winding, the initial tap of which is connected to the output of the NC contact of the first switching element, the final tap of the turns of the primary the current is connected to the output of the make contact of the second switching element, and the control inputs of the switching elements are connected to the terminals of the corresponding additional windings of the step-up transformer 2. Using the additional windings, positive feedback of the push-pull inverter is formed, due to which the switching elements are switched on, which in turn are connected by their contacts change the direction of current flow in the primary winding of a step-up transformer. At the same time, a high AC voltage is formed in the secondary winding of the step-up transformer, which is converted to the desired voltage MPK N 02 M 3/00

ние постоянного тока, например, с помощью элементов односторонней проводимости (диодов) и электрических фильтров.direct current, for example, using single-sided conductivity elements (diodes) and electric filters.

Недостаток прототипа состоит в том, что в технологическом процессе периодически повторяющегося изменения направления протекания электрического тока первичной обмотки повыщающего трансформатора не используется запасенная магнитная энергия, что приводит к излишнему расходу электрической энергии источника постоянного тока.The disadvantage of the prototype is that in the process of periodically repeating changes in the direction of flow of the electric current of the primary winding of the step-up transformer, the stored magnetic energy is not used, which leads to excessive consumption of electric energy from a direct current source.

Целью полезной модели является сокращение расхода электрической энергии источника постоянного тока низкого напряжения при инвертировании его в постоянный ток высокого напряжения за счет периодического отключения этого источника от первичной обмотки повышающего трансформатора на те интервалы времени, когда происходит самостоятельное уменьшение ранее запасенной магнитной энергии.The purpose of the utility model is to reduce the consumption of electric energy of a low voltage direct current source when inverting it to high voltage direct current due to the periodic disconnection of this source from the primary winding of the step-up transformer for those time intervals when the previously stored magnetic energy decreases independently.

Сущность полезной модели заключается в том, что, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: источника постоянного тока, повыщающего трансформатора с двумя дополнительными обмотками, первого и второго коммутирующих элементов, входы которых подключены к одной клемме источника постоянного тока, другая клемма которого подключена к среднему отводу витков первичной обмотки, начальный отвод которой соединен с выходом размыкающего контакта первого коммутирующего элемента, конечный отвод витков первичной обмотки подключен к выходу замыкающего контакта второго коммутирующего элемента, предлагаемый двухтактный инвертор постоянного тока содержит два элемента И, два последовательно включенных между собой диода, первый коммутирующий элемент выполнен с замыкающим контактом, второй коммутирующий элемент выполнен с размыкающим контактом, средняя точка соединения диодов подключена к вторичной обмотке, а крайние выводы диодов подключены к одним входам соответствующих элементов И, другие входы которых подключены к выходам соответствующих дополнительных обмоток, выходы элементов И соединены с управляющими входами соответствующих коммутирующих элементов, замыкающийThe essence of the utility model is that, in addition to the well-known and general distinguishing features, namely: a direct current source, a step-up transformer with two additional windings, the first and second switching elements, the inputs of which are connected to one terminal of the DC source, the other terminal of which is connected to the middle tap of the turns of the primary winding, the initial tap of which is connected to the output of the NC contact of the first switching element, the final tap of the turns of the primary winding is connected to the output of the make contact of the second switching element, the proposed push-pull DC inverter contains two And elements, two diodes connected in series with each other, the first switching element is made with the make contact, the second switching element is made with the make contact, the middle point of the connection of the diodes is connected to the secondary winding, and the extreme terminals of the diodes are connected to one of the inputs of the corresponding AND elements, the other inputs of which are connected to the outputs of the corresponding additional windings, the outputs of the elements AND are connected to the control inputs of the corresponding switching elements, the closing

ff69/t2ff69 / t2

контакт первого коммутирующего элемента подключен к выходу размыкающего контакта второго коммутирующего элемента, размыкающий контакт которого соединен с выходом замыкающего контакта первого коммутирующего элемента.the contact of the first switching element is connected to the output of the opening contact of the second switching element, the opening contact of which is connected to the output of the making contact of the first switching element.

Новизна полезной модели состоит в том, что двухтактный инвертор постоянного тока содержит два элемента И, два последовательно включенных между собой диода, первый коммутирующий элемент выполнен с замыкающим контактом, второй коммутирующий элемент выполнен с размыкающим контактом, средняя точка соединения диодов подключена к вторичной обмотке, а крайние выводы диодов подключены к одним входам соответствующих элементов И, другие входы которых подключены к выходам соответствующих дополнительных обмоток, выходы элементов И соединены с управляющими входами соответствующих коммутирующих элементов, замыкающий контакт первого коммутирующего элемента подключен к выходу размыкающего контакта второго коммутирующего элемента, размыкающий контакт которого соединен с выходом замыкающего контакта первого коммутирующего элемента, что обеспечивает сокращение расхода электрической энергии источника постоянного тока низкого напряжения при инвертировании его в постоянный ток высокого напряжения за счет периодического отключения этого источника от первичной обмотки повышающего трансформатора на интервалы времени самостоятельного уменьшения запасенной магнитной энергии.The novelty of the utility model is that the push-pull DC inverter contains two AND elements, two diodes connected in series with each other, the first switching element is made with a make contact, the second switching element is made with a make contact, the midpoint of the connection of the diodes is connected to the secondary winding, and the extreme conclusions of the diodes are connected to one of the inputs of the corresponding elements And, the other inputs of which are connected to the outputs of the corresponding additional windings, the outputs of the elements And are connected to by the control inputs of the corresponding switching elements, the make contact of the first switching element is connected to the output of the make contact of the second switching element, the make contact of which is connected to the output of the make contact of the first switching element, which reduces the consumption of electric energy of a low voltage direct current source when inverting it to high current voltage due to periodic disconnection of this source from the primary winding increase transformer for time intervals of independent reduction of the stored magnetic energy.

Электрическая схема предлагаемого двухтактного инвертора постоянного тока изображена на фиг.1, эпюры напряжений и токов, а также гистерезисная петля намагничивания сердечника повышающего трансформатора изображены на фиг.2 и 3 соответственно. На фиг. 1-3 обозначено:The electrical circuit of the proposed push-pull inverter DC is shown in figure 1, diagrams of voltages and currents, as well as a hysteresis magnetization loop of the core of the step-up transformer are shown in figures 2 and 3, respectively. In FIG. 1-3 indicated:

1- повышающий трансформатор;1- step-up transformer;

2и 14 - выходная схема первой и второй дополнительной обмотки соответственно;2 and 14 - output circuit of the first and second additional winding, respectively;

5и 12 - размыкающий и замыкающий контакт переключателя 11 и 4 соответственно;5i 12 - opening and closing contact of the switch 11 and 4, respectively;

6и 10 - направление протекания тока в первой и второй половине первичной обмотки соответственно;6 and 10 - the direction of current flow in the first and second half of the primary winding, respectively;

7- источник постоянного тока низкого напряжения;7- low voltage direct current source;

8- выпрямительный элемент нагрузки вторичной обмотки повышающего трансформатора (нагрузка);8- rectifier load element of the secondary winding of the step-up transformer (load);

9- напряжение вторичной обмотки; 15 и 16 -диоды;9- voltage of the secondary winding; 15 and 16 diodes;

17, 18, 19 и 20 - изображающие точки графиков.17, 18, 19 and 20 - depicting points of graphs.

В исходном положении на фиг. 1 показано, что в повышающем трансформаторе 1 выходная схема первой дополнительной обмотки 2 подключена через элемент И 3 к управляющему входу переключателя 4, замыкающий контакт которого подключен к размыкающему контакту 5. Электрический ток первой половины первичной обмотки протекает в направлении 6 от клеммы «+ источника 7 к клемме «-. Во вторичную обмотку включен выпрямительный элемент нагрузки 8, на входе которого создается падение напряжения 9. Электрический ток второй половины первичной обмотки протекает в направлении 10 через замыкающие контакты переключателя 11, размыкающий контакт которого подключен к замыкающему контакту 12. Выход элемента И 13 подключен к управляющему входу переключателя 11, один вход элемента И 13 подключен к выходу схемы 14 второй дополнительной обмотки непосредственно, другой вход - через последовательно соединенные диоды 15 и 16 подключен к другому входу элемента И 3. Средняя точка соединения диодов 15 и 16 подключена к выходу вторичной обмотки.In the initial position in FIG. 1 it is shown that in the step-up transformer 1, the output circuit of the first additional winding 2 is connected through an And 3 element to the control input of switch 4, the make contact of which is connected to the make contact 5. The electric current of the first half of the primary winding flows in direction 6 from terminal “+ source 7” to the terminal “-. A rectifier load element 8 is included in the secondary winding, at the input of which a voltage drop is created 9. The electric current of the second half of the primary winding flows in direction 10 through the make contacts of the switch 11, the make contact of which is connected to the make contact 12. The output of the element And 13 is connected to the control input switch 11, one input of the element And 13 is connected to the output of the circuit 14 of the second additional winding directly, the other input is connected through series-connected diodes 15 and 16 to another at entry gate AND 3. Midpoint compounds diodes 15 and 16 connected to the output of the secondary winding.

Предлагаемый двухтактный инвертор работает следующим образом.The proposed push-pull inverter operates as follows.

Предполагаем, что в некоторый момент 17 (фиг.2, 3) электрический ток 6 в первой половине первичной обмотки повышающего трансформатора 1 (фиг. 1) увеличивается до значения 18. Этот увеличивающийся ток 6 в первичной обмотке создает магнитный поток, под действием которого наводятся ЭДС воWe assume that at some point 17 (Figs. 2, 3), the electric current 6 in the first half of the primary winding of the step-up transformer 1 (Fig. 1) increases to a value of 18. This increasing current 6 in the primary winding creates a magnetic flux, under the influence of which EMF in

всех обмотках трансформатора 1. Направления включения обмоток составлены так, что полярность напряжения выходной схемы первой дополнительной обмотки 2 совпадает с полярностью напряжения 9 вторичной обмотки. Включается элемент И 3 и его выходной управляющий сигнал поддерживает включенное положение переключателя 4 с его размыкающим контактом. Полярности напряжений на входах элемента И 13 при этом не совпадают и этот элемент И 13 не включается.all windings of the transformer 1. The directions for turning on the windings are arranged so that the polarity of the output circuit of the first additional winding 2 coincides with the polarity of the voltage 9 of the secondary winding. The And 3 element is turned on and its output control signal maintains the on position of the switch 4 with its NC contact. The voltage polarity at the inputs of the And 13 element does not coincide and this And 13 element does not turn on.

По мере насыщения магнитопровода трансформатора 1 происходит дальнейшее увеличение намагничивающего тока 6 в первой половине первичной обмотки до состояния его полного насыщения 19, при котором изменение магнитного потока не происходит, при этом запасенная энергия магнитного поля имеет максимальное значение. В этот момент 19 наводимая ЭДС во всех обмотках равна нулю. Элемент И 3 отключается и его выходной управляющий сигнал переводит переключатель 4 в положение, при котором разрывается электрическая цепь первой половины первичной обмотки и подключается клемма «+ источника постоянного тока 7 через замыкающие контакты переключателя 4 и размыкающие контакты 5 переключателя 11 к дополнительному потребителю электрической энергии.As the magnetic core of the transformer 1 is saturated, a further increase in the magnetizing current 6 in the first half of the primary winding to its full saturation state 19, in which the magnetic flux does not change, while the stored magnetic field energy has a maximum value. At this point 19, the induced EMF in all windings is zero. Element And 3 is turned off and its output control signal transfers switch 4 to the position at which the electric circuit of the first half of the primary winding is broken and the “+ DC source 7” terminal is connected through the make contacts of switch 4 and the make contacts 5 of switch 11 to an additional consumer of electrical energy.

В соответствии с теорией электромагнитного поля Максвелла ранее запасенная магнитная энергия в трансформаторе 1 уменьшается до нуля и намагничивающий ток 6 самостоятельно принимает нулевое значение к моменту 20. В этом интервале времени 19-20 электрическая энергия источника постоянного тока 7, имеющего ограниченную мощность, может успешно использоваться другими потребителями через размыкающие контакты 5 переключателя 11, что выгодно отличает предлагаемый двухтактный инвертор от прототипа. Дополнительный потребитель электрической энергии на фиг.1 не показан.In accordance with Maxwell’s electromagnetic field theory, the previously stored magnetic energy in transformer 1 decreases to zero and the magnetizing current 6 independently assumes a zero value at time 20. In this time interval 19–20, the electric energy of a direct current source 7 having limited power can be successfully used other consumers through the NC contacts 5 of the switch 11, which distinguishes the proposed push-pull inverter from the prototype. An additional consumer of electrical energy is not shown in figure 1.

При самостоятельном уменьшении намагничивающего тока 6 в первой половине первичной обмотки в интервале 19-20 изменяется направление формируемого им магнитного потока и соответственно полярность сформированных напряжений.With an independent decrease in the magnetizing current 6 in the first half of the primary winding in the range of 19-20, the direction of the magnetic flux formed by it and, accordingly, the polarity of the generated voltages change.

M(0/i M (0 / i

в момент 20 включается элемент И 13 и его выходной управляющий сигнал переводит переключатель 11 в положение, при котором размыкаются контакты 5, отключается электрическая цепь с контактами 12 и подключается клемма «+ источника 7 к второй половине первичной обмотки для протекания электрического тока в направлении 10. Намагничивающий ток 10 своим формируемым магнитным потоком перемагничивает сердечник трансформатора 1 в направлении второй ветви петли гистерезиса (фиг.З), повторяя работу электрического тока при протекании его в вышерассмотренной первой половине первичной обмотки и обеспечивая электрической энергией дополнительного потребителя через замыкающие контакты 12 переключателя 4. Интервал времени, в течение которого допускается поочередное подключение дополнительного потребителя электрической энергии к источнику 7 с помощью контактов 5 и 12, определяется крутизной спада намагнриивающего тока 6 или 10.at time 20, element 13 is turned on and its output control signal puts switch 11 to the position at which contacts 5 open, the electrical circuit with contacts 12 is turned off, and terminal “+ of source 7” is connected to the second half of the primary winding for electric current to flow in direction 10. The magnetizing current 10 with its generated magnetic flux magnetizes the core of the transformer 1 in the direction of the second branch of the hysteresis loop (Fig. 3), repeating the operation of the electric current when it flows in the above th first half of the primary winding and providing electrical power consumer via an additional closing contacts 12 switch 4. The time interval during which the user is allowed an additional electrical connection to alternate energy source 7 via the terminals 5 and 12, determined by the slope of the current decay namagnriivayuschego 6 or 10.

Промышленная применимость предлагаемой полезной модели обосновывается тем, что в ней используются известные типовые узлы и элементы, а именно: трансформатор, диоды, переключатели, элементы И, по своему прямому назначению, рассмотренному в аналоге I и прототипе 2.The industrial applicability of the proposed utility model is justified by the fact that it uses well-known standard components and elements, namely: a transformer, diodes, switches, AND elements, for its intended purpose, discussed in analogue I and prototype 2.

Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что сокращается на 40-45% расход электрической энергии источника постоянного тока низкого напряжения при инвертировании его в постоянный ток высокого напряжения за счет периодического (каждая половина периода) отключения этого источника от первичной обмотки повышающего трансформатора на интервалы времени самостоятельного уменьшения ранее запасенной магнитной энергии.The positive effect of using the utility model is that it reduces by 40-45% the electric energy consumption of a low voltage direct current source when it is inverted into a high voltage direct current due to the periodic (every half period) disconnection of this source from the primary winding of the step-up transformer by time intervals of self-reduction of previously stored magnetic energy.

1.Инвертор, БЭС, т. 10, М.: Советская энциклопедия, 1972 г., с. 177, рис.3 (аналог).1. Inverter, BES, t. 10, M .: Soviet Encyclopedia, 1972, p. 177, Fig. 3 (analog).

2 c r-/-///./22 c r - / - ///. / 2

Литература:Literature:

Claims

A push-pull DC inverter containing a direct current source, step-up transformer with two additional windings, the first and second switching elements, the inputs of which are connected to one terminal of the direct current source, the other terminal of which is connected to the middle tap of the turns of the primary winding, the initial tap of which is connected to the output opening contact of the first switching element, the final tap of the turns of the primary winding is connected to the output of the closing contact of the second switching element, about characterized by the fact that it contains two And elements, two diodes connected in series with each other, the first switching element is made with a make contact, the second switching element is made with a make contact, the middle point of the diode connection is connected to the secondary winding, and the extreme terminals of the diodes are connected to one of the inputs of the corresponding And elements, the other inputs of which are connected to the outputs of the corresponding additional windings, the outputs of the And elements are connected to the control inputs of the corresponding switching elements c, the make contact of the first switching element is connected to the output of the opening contact of the second switching element, the opening contact of which is connected to the output of the making contact of the first switching element.